книги / Теплотехнические измерения и приборы

сурьмы), измеряемой эталонным платиновым термометром сопротивления (гл. 5), и в точках затвердевания серебра (961,93°С) и золота (1064,43°С).

Таб л ица 4-7-4

Удельное электрическое сопротивление термоэлектродной проволоки при температуре 20°С для термоэлектрических термометров и прозодов

Платиновый электрод эталонного термоэлектрического термометра изготов­ ляется из платиновой проволоки, чистота которой должна быть такой, чтобы относительное сопротивление W = R i00/R o было не менее 1,3920. Здесь R 0 и #ïoo — сопротивления образца платиновой проволоки, измеряемые соответственно при 0 и 100СС. Более подробные сведения о требованиях, предъявляемых к эта­ лонным платинородий-платиновым термоэлектрическим термометрам, приведены в ГОСТ 8.157-75.

Платиновые электроды образцовых платинородий-платиновых термоэлектри­ ческих термометров 1-го (ТПП-01) и 2-го (ТПП-02) разрядов изготовляют из пла­

тины маркиПл-1 с относительным сопротивлением #юо/#о > 1,392, а термометров 3-го (ТПП-03) разряда — из платины марки Пл-3 с относительным сопротивле­

нием #ïoo/#o > 1,3915 (ГОСТ 8588-64).

Платинородий-платиновые термоэлектрические термометры рабочие повы­ шенной точности (ТПП-РПТ), применяемые для точных измерений, должны удов­ летворять требованиям, предъявляемым к образцовым термоэлектрическим тер­ мометрам (ТПП-О), и поверяться одним из методов, рекомендуемых ГОСТ 8.083-73.

Рабочие платинородий-платиновые термоэлектрические термо­ метры ТПП (табл. 4-7-2) применяют в промышленности для измере­ ния температуры газовых сред в тех случаях, когда термоэлектри­ ческие термометры с электродами из неблагородных металлов не удовлетворяют необходимым требованиям. Платинородий-плати­ новые термоэлектрические термометры ТПП (градуировка ПП) при применении их в промышленности позволяют производить более точное измерение температуры, чем термометры с электродами из неблагородных металлов (табл. 4-7-3). Для электродов термо­ электрических термометров ТПП применяют платинородий мар­ ки ПР-10 и платину марки ПлТ с относительным сопротивлением ЯюоШо^ 1,3910 (ГОСТ 10821-75). Градуировочная характеристика термоэлектрических термометров ТПП приведена в табл. П4-7-1.

Для измерения температур газовых сред до 900»— 1000°С в энер­ гетике и промышленности термоэлектрические термометры ТПП применять экономически нецелесообразно, так как в этой области температур описываемые ниже термоэлектрические термометры

с электродами из неблагородных металлов вполне обеспечивают надлежащие точность и надежность измерения,

Термоэлектрические термометры ТПП, электроды которых на­ ходятся в механически ненапряженном состоянии, могут приме­ няться в указанном выше диапазоне температур в окислительной (воздушной) и нейтральной средах. При измерении температур в промышленности создать такие условия не всегда представляется возможным. В большинстве случаев в печных газах имеются со­ ставные части, содержащие серу, которые при высоких температу­ рах могут вызвать загрязнение электродов и порчу термометра. К загрязнению и порче рабочего конца термоэлектрического термо­ метра ТПП приводит также соприкосновение электродов с углеро­ дом и его соединениями. Загрязнение электродов термометра крем­ нием даже в небольших количествах делает платиновый электрод хрупким. Источником загрязнения электродов кремнием часто бывают керамические детали арматуры термометра. Устранить опасность загрязнения электродов термоэлектрического термометра кремнием можно лишь применением защитной керамики из окиси алюминия. Восстановительные газы при высоких температурах гибельно действуют на платину, вызывая значительное изменение термо-э. д. с. термометра.

На изменение термо-э. д. с. термоэлектрического термометра действует большинство загрязнений металлами, однако не все из них делают платиновый электрод хрупким. В качестве примера можно привести медь, которая, загрязняя электроды и вызывая большое изменение термо-э. д. с. термометра, не оказывает заметного влия­ ния на эластичность электродов.

Следует отметить, что даже «газонепроницаемые» защитные гильзы арматуры термоэлектрического термометра при высоких температурах не могут длительное время препятствовать проникно­ вению газов, паров металлов или летучих соединений металлов.

По результатам спектрального анализа платинового электрода термоэлектрических термометров ТПП, длительно находящихся при высоких температурах (t > 1200°С) в воздушной среде, многими исследователями было обнаружено наличие родия. При этом присут­ ствие родия в платиновом электроде термометров тем больше, чем выше температура, при которой находились они. Перенос родия из одного электрода в другой обусловлен испарением его с поверх­ ности платинородиевого электрода термометра и поглощением паров родия при высоких температурах платиновым электродом. Перенос родия из платинородиевого в платиновый термоэлектрод при­ водит к уменьшению термо-э. д. с. термоэлектрического термо­ метра ТПП.

По опытным данным платинородиевый электрод термоэлектри­ ческих термометров ТПП значительно более устойчив к воздействию высоких температур и загрязнений, чем платиновый электрод. Поэтому вполне естественно, что у нас и за границей за последние годы большое внимание уделялось изучению характеристик и ста­

ратурных термоэлектрических термометров с электродами из менее дефицитных материалов, обеспечивающих достаточную надежность и точность измерения температур различных сред и жидкой стали, является актуальной задачей.

Термоэлектрические термометры с электродами из неблагородных металлов широко применяются для измерения температур жидко­ стей, газов, пара, поверхностей нагрева и в ряде других случаев. Некоторые из них применяют также для кратковременных измере­ ний температуры расплавленных металлов. Термоэлектрические термометры с электродами из неблагородных металлов сравнительно дешевы и в большинстве случаев развивают большую термо-э. д. с., чем термометры платиновой группы.

Получение стандартной градуировочной характеристики термо­ электрических термометров с электродами из сплавов неблагород­ ных металлов является достаточно трудной задачей, несмотря на то, что при изготовлении термоэлектродных проволок уделяется большое внимание их составу и термоэлектрической однородности по всей длине. Для обеспечения стандартной градуировки, напри­ мер, термоэлектрических термометров из сплавов хромель Т, алюмель и копель (ГОСТ 492-73) применяют специальный способ комп­ лектования термоэлектродов (ГОСТ 1790-63). Проволоку для элект­ родов термоэлектрических термометров из сплавов хромель Т, алюмель и копель подвергают испытанию в паре с чистой платиной, производя измерение термо-э. д. с. проволоки в паре с платиной в интервале от 100 до 800 или до 1200°С в зависимости от сплава проволоки. Полученные в результате измерений данные позволяют разделить термоэлектродную проволоку из сплавов хромель Т, алюмель и копель по значению термо-э. д. с. при температуре сво­ бодных концов /0 = 0°С на четыре класса. На рис. 4-7-2 предста­ влены результаты измерений термо-э. д. с. в виде кривых Blt В2, В3, В4, Сц С2, С3 и С4, являющихся средними характеристиками соответственно положительных и отрицательных термоэлектродов из проволок В и С в паре с платиной, разделенных на классы 1, 2, 3 и 4.

При изготовлении термоэлектрических термометров из термо­ электродных проволок В и С подбирают их таким образом, чтобы положительный термоэлектрод Вь относящийся к 1-му классу и имеющий наиболее низкую термо-э. д. с. в паре с платиной, ком­ плектовался в паре с отрицательным термоэлектродом Сг, также отнесенным к 1-му классу, но имеющим наибольшую отрицатель­ ную термо-э. д. с. в паре с платиной. Аналогичным образом поло­ жительные термоэлектроды 5 ,, Ва и В4, относящиеся ко 2, 3 и 4-му классам, комплектуются с отрицательными термоэлектродами соответственно С2, Сяи С4, т. е. 2, 3 и 4-го классов. Значения термо- 3. д. с. при определенной температуре рабочего конца t и свободных концов = 0°С термоэлектрических термометров, комплектуемых с электродами В и С указанных четырех классов определяются по формуле (4-5-1),

При рассмотренном способе комплектования все термоэлектри­ ческие термометры с электродами В и С указанных классов будут иметь практически одинаковые термоэлектрические характеристики с небольшими отклонениями от некоторой средней характери­ стики ВС (рис. 4-7-2). Этот способ комплектования термоэлектро­ дов В и С используется при изготовлении хромель-копелевых и хромель-алюмелевых термоэлектрических термометров, которые выпускаются серийно со стандартной градуировочной характери­ стикой (ГОСТ 3044-74).

Хромель-копелевые термоэлектрические термометры типа ТХК

Хромель-алюмелевые термоэлектрические термометры типа ТХА широко применяются для измерения температуры газовых сред, пара и жидкостей. Положительным термоэлектродом является хромелевая проволока, отрицательным служит алюмель, предста­

ские термометры ТХА обладают лучшей сопротивляемостью оки­ слению, чем другие термометры из неблагородных металлов, при работе в воздушной среде. Опыт работы с термоэлектрическими тер­ мометрами показал, что алюмелевый электрод при температуре, близкой к 1000°С, менее устойчив к окислению, чем хромелевый. Верхние температурные пределы применения хромелевой и алюмелевой термоэлектродной проволоки устанавливаются в зависимости

в указанном интервале выражается формулой

где a , b и с — постоянные коэффициенты, которые вычисляют, исходя из средних значений термо-э. д. с. термоэлектрического термометра при его градуировке.

Доверительная погрешность образцового медь-константанового термоэлек­ трического термометра, равная удвоенному значению среднего квадратического отклонения результата измерений, составляет 0,1—0,2°С.

Термоэлектрические термометры с электродами на основе воль­ фрама, рения, молибдена и их сплавов. Термоэлектрические термо­ метры этой группы сначала были предложены главным образом для кратковременных измерений температуры расплавленных металлов.

рых термоэлектрических термометров с электродами на основе вольфрама, молибдена, рения и их сплавов. Термоэлектрические термометры с электродами W<—Mo, W <— 75% W + 25% Mo и W'—Mo + 1% Fe обладают общим недостатком: их градуировочные кривые имеют инверсию. Это дает основание счи­ тать, что эти термометры являются неперспективными. Термоэлек­ трические термометры ТП-6008 с электродами из вольфрама и мо­ либдена, легированного алюминием (W—Mo + 0,5% Al), находят применение для измерения температуры чугуна и шлака.

Из числа термоэлектрических термометров с электродами из вольфрамрениевых сплавов, разработанных ВНИИАчермет и Мо­ сковский завод электровакуумных приборов под руководством С. К. Данишевского, наибольшее распространение получили термо­ метры ТВР с электродами WRe 5/20 (табл. 4-7-2), Положительным

термоэлектродом является вольфрам-рений 5% Re, отрицатель­ ным '— вольфрам-рений 20% Re. Термоэлектрические термо­ метры ТВР применяют для измерения температуры расплавлен­ ной стали. Они могут быть использованы для измерения тем­ ператур в вакууме, в нейтральной или восстановительной среде.

Термоэлектрические термометры ТВР имеют три градуировочные характеристики (ГОСТ 3044-74). Допускаемые отклонения термо- э. д. с. термоэлектрических термометров ТВР при температуре сво­ бодных концов 0°С от значений, указанных в градуировочных таб­ лицах (ГОСТ 3044-74), не должны превышать значений, приведенных

дисилицида молибдена (MoSi2), дисилицида вольфрама (WSi2), борида циркония (ZrB2), карбида титана (TiC) и графита (С), проведенные под руководством Г. В. Самсонова, позволили создать три типа тер­ моэлектрических термометров [52, 54]:

1) ТМСВ-340М с электродами MoSi2i—WSi2 •— для измерения температур до 1700°С газовых агрессивных сред, некоторых рас­ плавленных солей, стекломасс и металлов;

2)ТГБЦ-350М с электродами С*—ZrB2 •— для измерения тем­ ператур до 1700—1800°С расплавов стали, чугуна, цветных и некоторых редких металлов, а также науглероживающих газовых сред до 2000°С;

3)ТГКТ-360М с электродами С—TiC >— для измерения темпе­ ратур до 2500°С восстановительных, нейтральных, инертных газо­ вых сред и в вакууме. На рис. 4-7-4 приведены градуировочные ха­ рактеристики этих термоэлектрических термометров.

Для измерения высоких температур до 3000—3500°С авторы работы 152] рекомендуют в качестве перспективных термоэлектри­ ческие термометры с электродами ZrC—NbC и NbC—HfC. Имеются также возможности создания высокотемпературных термоэлектри­ ческих термометров с повышенной чувствительностью и стабиль­ ностью с термоэлектродами из керамики в комбинации с тугоплав­ ким сплавом. Работы по созданию подобного типа термометров ведутся, например, в США.

Термоэлектрические термометры с электродами из волокнистого углерода могут применяться для измерения температур до 1300°С и выше в углеродосодержащих средах. Электро­ ды этих термоэлектрических термометров, сде­ ланные путем пиролиза вискозного кордного во­ локна, содержат 99,4% углерода (остальное — бор, водород и другие примеси). Для получения термоэлектродной пары образцы из волокнистого углерода подвергаются различной термообработ­

ке 152].

Внастоящее время наиболее рациональными,

авместе с тем зарекомендовавшими себя при дли­ тельной эксплуатации в промышленности яв­ ляются стандартные термоэлектрические термо­ метры (табл. 4-7-2). Они являются взаимозаме­ няемыми и на них имеются стандартные градуи­ ровочные характеристики (ГОСТ 3044-74).

передвижного штуцера с сальниковым уплотнением (на рис. 4-8-1 не показан) и головки 3, соединенной с неподвижным штуцером с помощью трубки 6 или непосредственно с гильзой при передвиж­ ном штуцере. В головке, снабженной крышкой и патрубком 5 с саль­ никовым уплотнением, помещена розетка 4 из изоляционного мате­ риала с зажимами для присоединения термоэлектродов 7 и прово­ дов, соединяющих термометр с измерительным прибором или пре­ образователем. Длина погружаемой (монтажной) части L в среду, температуру которой измеряют, выполняется различной для каж­ дого конкретного типа термоэлектрического термометра.